|
 Gerçeklerle kanıtlandığı gibi, bir lazer ışını ameliyatı gerçekleştirmek, elmasları delmek ve hatta mikroskobik miktarlarda bir maddeyi milyonlarca dereceye kadar ısıtmak için yeterli enerji taşıyabilir.
Bir lazer ışını ne kadar enerji taşıyabilir? Lazerin türüne, onu tedarik eden kaynağın gücüne ve sağlanan enerjiyi kullanmanın verimliliğini belirleyen çalışma koşullarına bağlıdır.
Ve CW lazerlerle, giriş enerjisi sürekli olarak lazerin yaydığı radyasyon enerjisine dönüştürülür. Bu tür lazerlerin yaydığı ışınların gücü, miliwatt'tan onlarca kilovata kadar değişir (görünür aralıkta yayılan bin yüz watt'lık ampullerle aynı miktar). Örneğin bir mercekle uygun şekilde odaklanmış bu kilovat ışık huzmeleriyle, bir geminin derisinin santimetre kalınlığında bir çelik sacını saniyede yaklaşık bir santimetre hızla kesmek mümkündür. Daha az güçlü lazerler, bu kadar güçlü ışık ışınları gerektirmeyen başka amaçlar için kullanılır.
 Washington, DC'deki ABD Donanması Deniz Araştırma Enstitüsü'nde kendi gözleriyle görülen en güçlü lazerin, birkaç saniye içinde yaklaşık bir megavatlık (milyon watt veya bin kilovat) bir ışın yayması gerekiyordu. Bu lazer, yardımcı cihazlarla birlikte oldukça büyük iki laboratuvar odasını işgal etti. Burada özellikle şaşırtıcı bir şey yok, çünkü kirişinin gücü yaklaşık elli orta sınıf binek otomobil motorunun gücüne eşitti.
Bununla birlikte, birçok amaç için, megawatt kirişler bile zayıftır ve daha da güçlü ışınlar gerektirir. Örneğin, bir "ay" lazerinin birkaç milyon watt gücünde bir ışın göndermesi gerekiyordu. Ay'dan yansımadan sonra ışık huzmesi Dünya atmosferinde soğurma ve saçılma, Ay'ın yüzeyine saçılma vb. Nedeniyle kuvvetli bir şekilde zayıflamış Dünya'ya geri döner. Yansıtılan ışığı kaydeden ekipmanın hassasiyeti, geleneksel bile kullanma olasılığını ortadan kaldırır. Ay'ı bulmak için en güçlü ışık kaynakları. Yeterince yoğun bir ışık huzmesi ancak birkaç megavat gücünde bir lazer tarafından üretilebilir. Termonükleer bir reaksiyonu başlatmak için daha da güçlü bir lazer gereklidir - gücü en az birkaç milyon megawatt düzeyinde olmalıdır.
Böylesine güçlü bir sürekli dalga lazerinin yaratılması şimdiye kadar gerçekçi olmayan bir görevdir. Böyle bir lazerin her şeyden önce korkunç boyutlara sahip olması gerekir. Böylesi bir devasa enerji sağlamak da zor bir iş olacaktı ve aynı zamanda soğutma sağlamak da zor olacaktı. Bir lazerin verimliliği tipik olarak yüzde birkaç ila on arasındadır, böylece lazere enerji girişinin yalnızca nispeten küçük bir kısmı radyasyon olarak yayılır. Geri kalanı dağıtılır, sonunda ısıya dönüşür, bu da lazer kurulumundan çıkarılması ve yeterince yoğun soğutmaya tabi tutulması gerekir.
Sürekli olarak bir milyon megavatlık bir ışın yayan bir lazer, birkaç bin orta ölçekli enerji santrali tarafından aynı anda üretilen enerjiyi tüketecektir. Böyle bir lazerin çalışması sırasında, milyonlarca tüketicinin güç kaynağından mahrum kalması gerekecektir. Belki hala bir şekilde çözülebilir, ama böyle bir dev nasıl soğutulabilir?
Ancak, bu kadar güçlü ışık ışınlarına ihtiyaç duyulmasına rağmen, bu tür cw lazerlerin yapılmasına gerek yoktur.Gerçek şu ki, ultra yüksek güçlü lazer ışınlarına ihtiyaç duyulan tüm bu uygulamalarda, lazerin saniyenin binde biri mi yoksa milyonda biri mi radyasyon yayacağı önemli değil. Çoğu zaman, lazer radyasyonunun sadece kısa bir süre için gerekli olduğu durumdur. Kısaca, nesne tarafından emilen lazer radyasyonunun enerjisi ile ilişkili istenmeyen süreçlere gelmeden önce, lazer ışınının, alınan nesnede istenen etkiyi yaratacak zamanı olduğu gerçeğinden bahsediyoruz. Örneğin, bir operasyon sırasında hastalıklı dokuyu çıkarmak için bir lazer ışını kullanıldığında, flaşlar çok uzun sürerse, o zaman hastalığa komşu sağlıklı doku da tehlikeli aşırı ısınmaya maruz kalabilir. Bir elmasta ayrı flaşlar yerine bir delik açmak için sürekli lazer radyasyonu kullanılırsa, elmas aşırı ısınır, erir ve sonuç olarak elmasın önemli bir kısmı buharlaşır.
 Verilen örnekler, bu tür kısa lazer darbelerinin kullanılması ihtiyacına işaret etmektedir, böylece ışınlanmış nesne tarafından emilen enerji, ısı iletim süreçleri nedeniyle dağılmak için zamana sahip değildir. Tabii ki, daha pek çok istenmeyen ve çoğu zaman zararlı enerji yayma mekanizmaları vardır. Genel durumda, lazer ışınının, listelenen faktörler ona müdahale etmeden önce görevini tamamlamak için zamanının olduğu gerçeğinden bahsediyoruz. Bu nedenle, birçok cihazda lazer darbelerinin çok kısa olması gerekir ve "çok kısa" ifadesi bazen bir nanosaniye veya daha kısa bir süre anlamına gelir.
Şimdi, bizim için, görece düşük bir enerji tüketiminde devasa güç ışınları elde etmenin mümkün olduğu, basit bir enerji tasarrufu fikri, gerekliliğin dikte ettiği bize açık hale geliyor. Örneğin, radyasyon şeklinde bir joule enerji üretmek yerine (bu çok küçük bir miktar) bir saniye için veya bir watt'lık (1 W = 1 J / s) bir ışın yaymak yerine, basitçe aynı miktarda enerji (bir joule) nispeten kısa bir darbe olarak daha hızlı yayılır. Darbe ne kadar kısa olursa, ışın gücü o kadar yüksek olur. Örneğin, bir radyasyon patlaması bir milisaniye sürerse (bir mikrosaniye, bir nanosaniye), o zaman ışının 1000 kat daha yüksek (nispeten) bir gücü olacaktır.
Açıktır ki, 1000 kat daha büyük bir enerji katkısıyla (1 J yerine 1 kJ), ışının 1000 kat daha güçlü olduğu ortaya çıkacaktır (yukarıdaki durumların her birinde). Emisyon zamanı (emisyon) bir nanosaniye düzeyinde bir değere denk geliyorsa, bu durumda bu durumda bir terawatt gücünde bir ışın elde edilecektir. Örneğin, vücut yüzeyindeki bir mercek aracılığıyla yaklaşık 0,1 mm çapında bir noktaya odaklandığında, böyle bir ışın odakta hayal edilemeyecek bir yoğunluk değeri verir - 10 ila 20 W / m2 gücü! (Karşılaştırma için, 100 watt'lık bir ampulün 1 m mesafedeki ışık yoğunluğu, metrekare başına bir watt'ın birkaç onda biri kadardır.)
İlk bakışta görünüşte masum görünen bir soru var: belirli bir toplam ışın enerjisi için lazer radyasyon süresi nasıl azaltılabilir? Böyle bir görev, hem fiziksel hem de teknik nitelikte karmaşık bir sorundur. Burada bu kadar inceliklere girmeyeceğiz, çünkü hikayemiz için kısa bir nabız alma sorunu çok özel. Her halükarda, bugün durum şu şekildedir: Lazerin ışığı daha hızlı yaymaya zorlayacak herhangi bir ek cihaz olmaksızın darbeli bir lazer tarafından ışık yayma süresi birkaç mikrosaniye (veya bir saniyenin binde birinin onda biri) mertebesindedir. ikinci).
Çalışması bazı fiziksel olaylara dayanan ek cihazların kullanılması, bu sürenin pikosaniye mertebesindeki değerlere indirilmesine yardımcı olacaktır. Bu sayede günümüzde maksimum gücü birkaç yüz terawatt'a bile ulaşabilen dev lazer darbeleri elde etmek mümkün.Tabii ki, bu kadar güçlü ışınlara yalnızca özel cihazlarda ihtiyaç vardır (örneğin, bir termonükleer reaksiyon başlatmak için). Diğer birçok durumda, çok daha düşük güçlü darbeler kullanılır.
Şimdi önemli bir soru soralım: Bu kadar yoğun ışık huzmelerini daha ucuz ve daha kolay, yani geleneksel yüksek güçlü lambaların yardımıyla elde etmek mümkün mü? Bu, sürekli modda çalışan lambalar (örneğin, uçak reflektörleri veya sinema kameraları) ve flaş lambaları (örneğin, fotoğrafçılıkta kullanılan el fenerleri) anlamına gelir.
Cevap, ne tür ışınlar elde etmek istediğimize veya başka bir deyişle, ne tür bir güçten ve ne tür bir sapmadan bahsettiğimize bağlıdır. Işın sapmasına kayıtsız kalırsak, geleneksel lambalar lazerlerle yalnızca belirli bir sınıra kadar rekabet edebilir. Bu sınır, her durumda, bir terawatt'ın çok altındadır. Bu seviyenin üzerinde lazerin rakibi yoktur.
Elbette, daha az uzaklaşan ve daha güçlü ışınlar elde etmek istediğimizde, sınır daha düşük olacak ve bunun üzerinde geleneksel ışık kaynaklarını bırakıp lazerlere dönmemiz gerekecek. Daha önce de belirtildiği gibi, klasik ışık kaynakları, Dünya'dan Ay'a olan mesafeyi ölçerken bir ışık kaynağına uygulanan yüksek doğruluk gereksinimlerini karşılayamayacaktı. Bu deneyde, darbeli bir lazer kullanılması gerekiyordu.
Gavrilova N.V.
|
